传感器转速检测显示装置设计论文(课程设计)

目录

第一章《传感器原理与检测技术》课程设计任务书 (2)

1.1课程设计任务 (2)

1.2课程设计目的 (2)

1.3课程设计要求 (2)

1.4课程设计内容 (2)

1.5课程设计报告要求 (2)

1.6课程设计进度安排 (3)

1.7课程设计考核办法 (3)

第二章总体设计方案 (4)

2.1设计思路 (4)

2.2原理图 (4)

第三章整形电路 (6)

3.1 40106芯片介绍 (6)

3.2 整形电路设计 (7)

第四章计数电路 (9)

4.1 4518芯片介绍 (9)

4.2计数电路设计 (10)

第五章锁存电路 (12)

5.1 74LS374芯片介绍 (12)

5.2 锁存电路设计 (13)

第六章译码、显示电路 (14)

6.1数码管介绍 (14)

6.2 4543芯片介绍 (14)

6.3译码、显示电路设计 (15)

第七章时钟、单稳态电路 (16)

7.1时钟、单稳态电路设计 (16)

7.1.2 单稳态设计 (17)

第八章调试、运行结果 (20)

8.1制作和调试 (20)

8.1.1 调试中遇到的问题 (20)

8.1.2 各部分电路的波形图 (20)

8.2电路设计的优缺点分析 (21)

第九章设计总结 (23)

参考文献 (24)

元器件清单 (25)

第一章《传感器原理与检测技术》课程设计任务书

题目：转速检测显示装置设计

1.1课程设计任务

测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。本设计采用光电传感器感受输入光信号，产生的脉冲电信号，该脉冲信号送入计数器，累计所产生的脉冲数，并使计数器每秒钟做一次清零，就可以记下每秒钟的转速。在每次周期性的清零前一时刻，将计数器记下的数值传入寄存器存储，并进行显示，这就是测量到的上一秒钟的转速。

1.2课程设计目的

1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法；

2）掌握测量和显示电路的设计方法；

3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

1.3课程设计要求

1）转速测量显示范围为0~9999转/秒。

2）转速测量误差每秒不超过一圈，内部时钟稳定度每天不超一秒。

3）电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。

1.4课程设计内容

1、整形电路、计数电路、锁存电路、时钟电路和译码显示电路的设计；

2、电路的连接和各部分调试；

3、硬件电路原理图及清单。

1.5课程设计报告要求

报告中提供如下内容：

1、目录

2、正文

2.1课程设计任务书；

2.2总体设计方案

2.3调试、运行结果（包含各部分电路的波形图）

3、设计小结（心得体会）

4、参考文献

1.6课程设计进度安排

进度表如表1-1所示

表1-1

1.7课程设计考核办法

本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答

辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。

第二章 总体设计方案

2.1设计思路

（1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一个

圆盘，在圆盘上挖六小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通六次，利用此信号做为脉冲计数所需。

（2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须

对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。

（3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路

系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负 一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频 方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使 用，而测频方式对高频的精度还是很高的。

（4

）显示电路采用静态显示方法，因为静态显示易于制作和调试，原理也较

简单，所需元器件易于购买。

（5）电路时钟是整个电路的关键，它是整个电路有效工作的核心，负责电路

的锁存和清零。其基本思路是：产生频率一秒是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿

2.2

第三章 整形电路

3.1 40106芯片介绍

CD40106由六个斯密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。

本施密特触发器选用40106，管脚图如下图3-1所示，其引脚图及内部构造如图3-2、图3-3所示，可以很容易看出，40106内部含有六路同样的施密特触发器，我们只使用其中一组。

图3-1 40106芯片

图3-2 40106引脚图

引脚功能：

2 4 6 8 10 12 数据输出端

1 3 5 9 11 13 数据输入端

14 电源正 7 接地

图3-3 CD40106内部图

40106切换时间波形如图3-4所示

图3-4 切换时间波形

3.2 整形电路设计

整形电路基本原理图如下图3-5所示：

图3-5整形电路原理图

电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光被轮子挡住，所以接收管处于截止状态，1端为高电平。当电机转动一圈，会使接收管导通一次，1端输出一个低电平，1端波形为图3-6所示：

图3-6

在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，处理成符合记计数器所需要的矩型波。

波形处理电路有一个施密特触发器组成，如上图3-6所示。当输入电压逐步升高时，致使VI>施密特上VT+，内部触发器发生翻转。当VI逐步下降时，致使VIVT-。所以只要VIVT+电路就稳定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计数的需求。典型的施密特其工作波形如下图3-7所示：

图3-7

第四章计数电路

4.1 4518芯片介绍

CD4518是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}。管脚图如下图4-1所示。